陀螺電機(jī)是慣性器件陀螺儀的主要構(gòu)成部分，而陀螺儀是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心元件，廣泛運(yùn)用于艦船導(dǎo)航和各種武器系統(tǒng)中。陀螺電機(jī)的性能好壞，將直接影響陀螺儀的性能以及整個慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航精度，因此，對于陀螺電機(jī)供電電源的設(shè)計(jì)顯得十分重要，其電壓、頻率穩(wěn)定度等都直接影響電機(jī)的工作精度。

為了模擬實(shí)際裝備中陀螺電機(jī)升壓啟動、降壓工作的啟動方式，以及在不同電源頻率和電壓下對陀螺電機(jī)的工作性能進(jìn)行測試分析，本文在普通三相方波電源的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種陀螺電機(jī)專用數(shù)字可調(diào)式測試電源，并通過測試實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了實(shí)用性及可靠性驗(yàn)證。

1主要技術(shù)指標(biāo)

1)輸入電源：交流220 V±20%，50 Hz;

2)輸出電源：三相方波，0～120 V可調(diào)(電壓);1 KHz/500 Hz(頻率);頻率穩(wěn)定度小于0.1 Hz相位差為120°±0.5°。

2方案設(shè)計(jì)

圖l為三相方波電源電路原理圖。其中，220 V/50Hz交流電為該電源提供能量，通過AC/DC變換，輸出最高達(dá)200V的直流電平;16位并行信號是來自于計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的控制信號，為AC/DC變換提供參考電壓，控制輸出直流電壓大小。電路的頻率是通過溫補(bǔ)晶振產(chǎn)生3.84 MHz的信號，將此頻率信號先后分別進(jìn)行分頻、分相、驅(qū)動，以控制開關(guān)功率器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。該電源最終輸出的信號是三相1 kHz/500 Hz、電壓幅值在0～150 V內(nèi)線性可調(diào)的方波信號。

圖1 三相方波電源電路原理圖

3電路設(shè)計(jì)

1)AC/DC變換AC/DC變換器采用FDPS開關(guān)電源。該開關(guān)電源基本工作原理及基本電路框圖如圖2所示。

圖2 開關(guān)電源基本原理及電路框圖

對于圖2(a)中的單極性矩形脈沖，其直流電壓平均值取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流電壓平均值也越高。其中

。當(dāng)Um和T均不變時，輸出直流電壓平均值與矩形脈沖寬度成正比。因此，通過調(diào)節(jié)PWM脈沖寬度調(diào)節(jié)輸出直流電壓的大小。

圖2(b)所示開關(guān)電源基本電路框圖就是基于此原理，通過0～5 V直流電壓信號調(diào)整PWM波脈沖寬度的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)開關(guān)電源輸出直流電壓的大小。

在該三相方波電源中，所采用的開關(guān)電源有2個輸入，1個輸出。一個輸入為220 V/50 Hz交流電;另一個輸入為0～5 V的直流電壓信號，其作用是調(diào)節(jié)PWM脈沖寬度，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié)開關(guān)電源的輸出直流電壓。

2)晶振選擇該電源采用3.84 MHz的高精度溫度補(bǔ)償石英晶體振蕩器，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示，各技術(shù)指標(biāo)滿足該電源對頻率信號的要求。

3)分頻、分相電路分頻電路采用雙4位可編程計(jì)數(shù)器MCl4569及12狀態(tài)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器MCl4040的組合電路實(shí)現(xiàn);分相電路采用環(huán)形脈沖分配器CH250B，如圖3所示。

圖3 分頻分相電路圖

通過設(shè)定雙4位可編程計(jì)數(shù)器MCl4569的P7～PO引腳，將晶振輸出的3.84MHz頻率信號分頻20倍，輸出192 kHz脈沖頻率信號，該信號占空比為5%.將192 kHz脈沖頻率信號通過12狀態(tài)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器MCl4040，在Q5引腳輸出占空比為50%的6 kHz頻率信號，在Q6引腳輸出占空比為50%的3 kHz在頻率信號。通過2選1開關(guān)，在6 kHz和3 kHz選擇一種頻率信號，并將所選擇的信號連接至環(huán)形脈沖分配器CH250B.設(shè)置CH250B為單6拍工作方式，在其A、B、C3個引腳上輸出3路1 kHz或500Hz頻率信號，該信號占空比為50%，兩兩之間的相位差為120°。通過該電路輸出的三相頻率信號，頻率穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、相位精確，滿足電源對頻率信號的要求。

4)驅(qū)動電路三相驅(qū)動電路由三極管電路和電流互感器電路2部分組成，其中一相信號的驅(qū)動電路如圖4所示。

圖4 驅(qū)動電路圖